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| 本文作者： 陳幸 | 2016-08-02 19:53 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者陳幸，專注于光學(xué)定位系統(tǒng)研究，曾就職于華為蘇州研究所等國內(nèi)知名IT企業(yè)。從事虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)兩年有余，現(xiàn)就職VR日?qǐng)?bào)內(nèi)容研發(fā)部門總監(jiān)。
索尼PlayStation VR中國區(qū)銷售工作將在2016年10月13日與全球同步啟動(dòng)。
PlayStation VR的詳細(xì)參數(shù)中，有一個(gè)數(shù)據(jù)和目前市場上的主流產(chǎn)品有明顯區(qū)別，那就是FOV（視場角）。HTC Vive和Oculus Rift的視場角都是110°，而PlayStation VR的視場角比這兩家的產(chǎn)品都窄，只有100°。
作為消費(fèi)者寄予厚望的三大主流虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯之一，再加上名聲在外的索尼大法名頭，100°的視場角確實(shí)令消費(fèi)者感到有些意外。因?yàn)橐晥鼋鞘怯绊懙教摂M現(xiàn)實(shí)頭顯沉浸感的一個(gè)重要指標(biāo)。難道索尼有些其他考量？
視場角（FOV），英全拼是Field of View。在顯示系統(tǒng)定義中，視場角是指顯示器邊緣與眼睛連線的夾角。如下圖所示，AOB角就是水平視場角，BOC就是垂直視場角。在虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯中所定義的視場角一般是特指水平視場角。
大家都知道人眼的視覺功能是由雙眼視場所構(gòu)成的，人類雙眼的的總視場將近200°，雙眼視覺區(qū)域大概有120°，而在身體兩側(cè)各有40°的單眼視覺區(qū)域。
在視力正常的情況下，人類獲取視覺感知都是通過雙眼來進(jìn)行的，而兩眼視網(wǎng)膜對(duì)同一被視物體的成像并不完全相同。人類大腦視覺高級(jí)中樞對(duì)來自兩眼的圖像信息進(jìn)行處理后，形成的視差可以輔助產(chǎn)生精細(xì)的深度知覺，進(jìn)而產(chǎn)生立體視覺。
在虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯的定義中，頭顯的FOV越接近人眼的自然視場角，就越有利于產(chǎn)生更好的沉浸感和臨場感。不過在虛擬世界，人類對(duì)虛擬景象的獲取依然是通過立體雙目視場來進(jìn)行的，更大的視場角能夠滿足用戶觀看到更多細(xì)節(jié)，產(chǎn)生更加深度的沉浸感。
在這個(gè)追求大視場角的時(shí)代，獲取更大的視場角不可避免的會(huì)帶來其他問題。
現(xiàn)有的技術(shù)條件，要獲得更大的視場角，只有一個(gè)解決方向，那就是人眼縮短與透鏡鏡片間的距離或增加透鏡鏡片的大小。縮短與透鏡間的距離，由于透鏡與眼睛的距離過近，會(huì)導(dǎo)致如下缺陷的引發(fā)：由于人眼的晶狀體和凸透鏡不同，人眼根本看不清楚畫面，即便勉強(qiáng)看清，由于放大倍率太高，屏幕的紗門效應(yīng)會(huì)非常嚴(yán)重，還有可能對(duì)眼睛形成傷害。
而采取直徑較大的透鏡增加視場的方案，也會(huì)引發(fā)問題的出現(xiàn)。大透鏡的中間比較厚，導(dǎo)致鏡片重量隨之增加，雖然這個(gè)問題可以通過菲涅爾透鏡解決，但更大直徑的透鏡鏡片，會(huì)帶來光學(xué)畸變等像差的問題是無法解決的。
在市場上主流產(chǎn)品也不過實(shí)現(xiàn)了110°視場角的情況下，索尼選擇了風(fēng)險(xiǎn)更低更穩(wěn)妥的100°視場角。同時(shí)在設(shè)計(jì)中嵌入更多精巧的細(xì)節(jié)作為補(bǔ)償。
先做個(gè)實(shí)驗(yàn)演示給大家。
閉上右眼后，右手伸出一根手指并向右移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到一定程度以后，左眼就會(huì)看不到右手的這根手指，即便左眼向右轉(zhuǎn)動(dòng)，依然不能看到，因?yàn)楸亲釉谥虚g充當(dāng)了障礙物。
隨后，將右眼睜開，在雙眼條件下，雖然能看到右手手指，但其實(shí)看到這根手指的只是右眼的單眼視覺。
PlayStation VR就很精巧的將這個(gè)細(xì)節(jié)嵌入到了設(shè)計(jì)中。
在PlayStation VR鏡片的水平視場角上，雙眼朝鼻子一側(cè)（左眼的右半部分，右眼的左半部分）的視場角稍小，雖然小，但是是視覺中心，所對(duì)應(yīng)的屏幕為最重要的部分，用來聚焦；而雙眼朝耳朵一側(cè)（左眼的左半部分，右眼的右半部分）的視場角稍大，雖然大，但更多是視覺周邊，用來感知運(yùn)動(dòng)的部分。
當(dāng)然，這樣的設(shè)計(jì)并非完美，也有缺陷。從圖中我們不難發(fā)現(xiàn)，半像素矩陣（sub-pixel matrix）的OLED屏幕的中心并沒對(duì)準(zhǔn)鏡片的軸心，這就是為什么屏幕的中心不是在屏幕的幾何中心，而是在偏離中心0.342毫米的另一個(gè)中心。
這樣的偏差是需要通過算法校正來解決的。
在PlayStation VR鏡片的垂直視場角上，上面的垂直視場角略小，而下面的視場角略大；我們的脖子、我們的頭、我們的眼睛受重力影響，有微微向下偏的習(xí)慣。所以PlayStation VR的OLED屏幕在和鏡片平行的基礎(chǔ)上，略微下偏了5°左右。
同理，這也需要通過算法校正。
在設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯時(shí)，核心是如何匹配人眼FOV和HMD上的鏡片F(xiàn)OV，使之達(dá)到統(tǒng)一。
但其實(shí)對(duì)于人眼來說，比FOV更重要的是視網(wǎng)膜繪制圖像的視覺區(qū)域（visual field），它是人眼在靜止凝視（stable fixation）狀態(tài)下所看到的圖像最大跨度，比如人眼的成像區(qū)域是水平174°，垂直135°，而鳥的成像區(qū)域有360°。而人的單眼視覺區(qū)域（visual field）是114°，享受雙目視覺是左右眼中間的54°，外圍的60°區(qū)域其實(shí)只有單目視覺，所以視覺系統(tǒng)接收到雙眼視覺區(qū)域（visual field）在視網(wǎng)膜上的成像跨度為60×2+54=174°。
然后我們不妨將上圖進(jìn)行擴(kuò)展和延伸，此時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，中間54°度雙眼重合的區(qū)域，正是是人眼聚焦之所在，是人類用來感知色彩和物體細(xì)節(jié)的視覺區(qū)域。視覺周邊則負(fù)責(zé)感知運(yùn)動(dòng)和物體形狀，在此之后如果需要感知細(xì)節(jié)人眼則會(huì)轉(zhuǎn)向。
PlayStation VR雖然只有100°的視場角，但其實(shí)已經(jīng)完全將雙目成像的人眼聚焦區(qū)囊括在內(nèi)。針對(duì)這部分區(qū)域，OLED屏幕給予的高光照條件，能夠充分的滿足人眼視力的需求。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，這種視場角的選擇，恰恰是在最大限度滿足用戶需求的前提下的最優(yōu)選擇，或者說是最經(jīng)濟(jì)的選擇。
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